Установка для лазерной обработки

(72) А.А, Малащенко, АП стова ин В. Мезено у р сс (54)(57) 1. УСТАНОВКАДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБ-м РАБОТКИ, содержащая основной и вспомо- дл гательный лазеры, фокусирующий объектив, т приспособление для совмещения оптиче- с ских осей лазеров перед фокусирующим ц обьективом, фотоприемник отраженного щ излучения вспомогательного лазера, при- з способление для совмещения оптических н осей вспомогательного лазера и фотопри- е емника, установленное на оптической оси вспомогательного лазера перед приспособ-. с лениемдля совмещения оптических осейла- и зеров, дефлектор и анализатор световых с сигналов, вход которого соединен с выха. и дом фотоприемника, а выход - с основным и лазером, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, С о ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ .СССР) ИСАНИЕ ИЗОБР ТОРСКОЧУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки.Цель изобретения - повышение точности путем. снижения фоновых помех.На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - ход лучей вспомогательного лазера; на фиг. 3 - схема действия экрана на излучение фоновой помехи.Установка содержит основной 1 и вспомогательный 2 лазеры, фокусирующий объектив 3, приспособление 4 для совмещения оптических осей 5 и 6 лазеров перед фокусирующим объективом 3, фотоприемник 7 отраженного излучения 8 вспомогательного целью повышения точности путем снижения фоновых помех, она снабжена приспособлением для преобразования распределения интенсивности излучения по поперечному ечению луча вспомогательного лазера в осеимметричное, установленным между вспоогательным лазером и приспособлением я совмещения оптических осей вспомогаельного лазера.и фотоприемника, приспооблением для получения изображения ентра вращения оптических осей перемеаемого дефлектором луча во входном рачке фокусирующего объектива и экраом, установленным за фокусирующим обьктивом нормально к его оптической оси.2.Установка по п.1; отл и ча ю ща яя тем, что дефлектор установлен между риспособлением для совмещения оптичеких осей вспомогательного лазера и фоториемника и приспособлением для олучения,изображения центра вращенияптической оси,лазера 2, приспособление 9 для совмещенияО оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7, установленное на Ь оптической оси 6 вспомогательного лазера 3 2 перед приспособлением 4 для совмещения оптических осей 5 и 6 лазеров 1 и 2, дефлектор 11 и анализатор 12 световых сигналов, вход которого соединен с выходом фотоприемника 7,. а выход - с основным лазером 1, Установка также снабжена приспособлением 13 распределения интенсив- ности излучения по поперечному сечению луча вспомогательного лазера 2 в осесим- метричное, установленным между вспомо 1110047для )л 2 ае Ф 1 - отраженный поо в апертуру фокусирФ- полный отрдж7 поток. к, прощедщий обращего объектива 3; ный от поверхност Дляком, имеюномерноепо всей иприведенрегистрири значени гательным лазером 2 и приспособлением 9.для совмещения оптических осей 6 и 10вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7, приспособлением 14 для полученияиэображения центра вращения оптической 5оси перемещаемого дефлектором 11 луча 15во входном зрачке фокусирующего объектива 3 и экраном 16, установленным за фокусирующим объективом 3 нормально к егооптической оси. Дсфлектор 11 установленмежду приспособлением 14 для Совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательноголазера 2 и фотоприемника 7 и приспособлением 14 для получения изображения центравращения оптической оси. 15Установка работает следующим образом,Излучение вспомогательного лазера 2направляют приспособлением 13 в виде аксикон, которое преобразует распределение 20интенсивности излучения по поперечномусечению луча в форму кольца. Преобразованный луч вспомогательного лазера 2 совмещают приспособлением 14 .с каналомизлучения основного лазера 1. Дефлектором 11 преобразованный луч вспомогательного лазера 2 сканируют колинеарно лучуосновного лазера 1 и затем с помощью приспособления 14 направляют на фокусирующий обьектив 3, который, в свою очередь, 30фокусирует излучение на сканируемую поверхность 17 обрабатываемой детали 18,Затем часть отраженного от места обработки излучения вспомогательного лазера 2 ипрошедщего последовательно фокусирующий объектив 3, приспособление 14, дефлектор 11 и приспособление 4 ответвляютприспособлением 9 на фотоприемник 7, который регистрирует это излучение. Полученный сигнал с выхода фотоприемника 7 40анализируют анализатором 12, который вырабатывает сигнал для запуска основноголазера 1 при определенном положении пятна излучения вспомогательного лазера 2 наповерхности 17 обрабатываемой детали 18. 45Анализ сигналов осуществляют на основемощности отраженного излучения вспомогательного лазера 2 от поверхности 17, подлежащей облучению основным лазером 1, имощности фоновой помехи, обусловленной, 50в основном, отражением излучения вспомогательного лазера 2 от экрана 16, Преобразование распределения интенсивностиизлучения вспомогательного лазера 2 приналичии расположенного нормально к оси 55фокусирующего объектива 3 направленнорассеивающего экрана 16 позволяет увели.чить отнощение мощности отраженногоизлучения вспомогательного лазера 2 от по.верхности 17, подлежащей облучению основным лазером 1, к мощности фоновой помехи, регистрируемых фотоприемником 7 (фиг. 3).Ход лучей вспомогательного лазера 2, фокусируемых на поверхность.17, нормаль, которой находится в некотором допуске от-. клонений от оси фокусирующего объектива 3, показан на фиг. 2, где у- половина угла сходимости фокусируемого излучения вспомогательного лазера; а - угол между нормалью к сканируемой поверхности 12 и осью фокусирующей системы 4.Луч 15 излучения вспомогательного лазера 2, преобразованный в полый цилиндр, фокусируют на обрабатываемой детали 18. Входной зрачок канала фотоприемника 7 совмещен с перетяжкой 19 сфокусированного на поверхность 17 луча 15 излучения вспомогательного лазера 2, поэтому все отраженное от поверхности 17 обрабатываемой детали 18 и прошедшее в апертуруфокусирующего объектива 3 излучение вспомогательного лазера 2 будет зарегистрировано фотоприемником.Количество регистрируемой мощности отраженного от поверхности 17 излунения зависит от угла а. Для зеркальной поверхности 17 должно выполняться условие ау. В идеальном случае фокусируемый луч вспомогательного лазера 2 имеет в поперечном сечении форму окружности, Для такого луча будут действительны направления 19 и 20, экстремально расположенные относительно поверхности 17. В этом случае выражение для отраженного от поверхности 17 луча обратно в апертуру в зависимости от угла а имеет вид равнения с фокусирующим пучщим в поперечном сечении равраспределение плотности потока ощади круглого сечения, в табл, 1 ы относительные значения Фз/Ф уемой мощности для такого пучка я Ф 1 Ф для предлагаемого уст1110047 1 щ макссоз 2 у +Фд = - - соя у, Ф д 4 Таблица 1 ройства при у= 15 О, где Фй - отраженный поток (излучения), прошедший обратно в апертуру фокусирующего объектива, при фокусировании луча, имеющего равномерное распределение интенсивности по его круглому сечению.Из табл. 1 видно, что устройство снижает требования к качеству обрабатываемой поверхности 17 за счет увеличения отраженного от, этой поверхности потока излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 в крайних положениях поверхности 17 относительно оси фокусирующего объектива 3. Это также способствует увеличению отношения мощности отраженного потока от поверхности 17 к мощности фоновой помехи,фотоприемник 7 регистрирует только то излучение фоновой помехи, которое проходит в апертуру фокусирующего обьектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7, Уровень помехи определяют характером отражения экрана 16. При отражении излучения экраном. 16 по закону Ламберта выражение для отраженного этим экраном потока и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7 имеет вид где Ф - полный отраженный поток;О- площадь входного зрачка канала фотоприемника;Е - расстояние от входного зрачка до поверхности экрана 16.Эффективность обработки повышается с улучшением направленности отражения от экрана 16 излучения вспомогательного лазера 2. При направленно-рассеянном отражении излучения экраном 16 в плоский угол, расположенный в плоскости угла паде: ния, равный 90 О, сила света внутри этого угла распределяется по следующему закону5 где - сила света отраженного излучения;макс - минимальное значение силысве та отраженного излучения;р -угловая координата направления отраженного излучения в плоскости угла падения, отсчитываемая от нормали . к поверхности экрана 16,15 Поток отраженного от экрана 16 излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего обратно в апертуру фокусируащего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7 имеет следующий вид: 20 ФО= -сов усаз 4 у, ФО 3/г, з, л 1.-2 4 Сравнительные данные для потоков25ФО, Ф 1 Ои потока Фзд, полученного при отражении экраном 16 по закону Ламбертападающего излучения вспомогательноголазера 2 с равномерным распределением30 интенсивности излучения по круглому поперечному сечению его пучка, приведены втабл. 2,Из табл. 2 видно, что установка в условиях наличия поверхностей, являющихсяисточниками фоновой помехи, нормальных к оси фокусирующего объектива 3, позволяет уменьшить фоновую помеху на3-4 порядка, а следовательно, повыситьточность,Установка по сравнению с базовым объективом позволяет за счет автоматизациитермообработки повысить производительность в 1,5-2 раза.аж Подписное комитета по изобретениям и открыти Москва, Ж, Раушская наб 4/5